生態(tài)脆弱城市三峽庫區(qū)重慶市萬州區(qū)土地資源可持續(xù)利用評價

張珂，葉妍君*，李新鋒

（1.河北工程大學地球科學與工程學院，河北 邯鄲 056038；2.山東正元數字城市建設有限公司，山東 煙臺 264670；3.煙臺市智慧城市及物聯設施工程技術研究中心，山東 煙臺 264670）

《全國生態(tài)脆弱區(qū)保護規(guī)劃綱要》指出，我國是世界上生態(tài)脆弱區(qū)分布面積最大、脆弱生態(tài)類型最多、生態(tài)脆弱性表現最明顯的國家之一[1，2]。土地是人類生存和發(fā)展的重要載體，提升區(qū)域內土地良性循環(huán)具有重要的現實意義[3～6]。區(qū)域生態(tài)脆弱情況、土地資源可持續(xù)利用水平是判斷土地資源可持續(xù)利用的重要指標。學者們對我國生態(tài)脆弱區(qū)進行了深入研究，如丘壑縱橫的黃土高原區(qū)[7]、經濟發(fā)展迅速的沿海地區(qū)、海陸交界帶[8，9]、干旱少雨的西北內陸地區(qū)[10，11]；并且采用“經濟―社會―生態(tài)”評價體系構建評價標準，如經濟因素中包括區(qū)域人均GDP，社會因素中包括區(qū)域人口，生態(tài)因素中包括的降水、水土流失情況[12]、區(qū)域氣候[9]、土壤土質[13]等；根據研究內容選取層次分析法[14，15]、熵值法[16]、綜合指數法[17]、模糊層次法[13]等方法進行評價，其中綜合指數法被廣泛應用，而該方法注重對整體評價土地可持續(xù)利用程度，并沒有關注各指標對土地資源可持續(xù)利用評價結果的影響[18]。我國西南山區(qū)自然要素相互交錯，氣候復雜多變，地質災害和自然災害頻發(fā)，容易形成水土流失型生態(tài)脆弱區(qū)[19～21]，以西南三峽庫區(qū)城市重慶市萬州區(qū)為研究對象，采用綜合指數與單指標多角度分析相結合的方法，對研究區(qū)域的生態(tài)脆弱區(qū)土地資源可持續(xù)利用進行評價，為生態(tài)脆弱區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 數據來源

選取國家統計局、重慶市統計局的統計數據，涉及指標包括空氣污染指數、人均綠地面積、土地侵蝕量、森林覆蓋率、人均年收入、國民生產總值、非農人口比重、城市化率、人均住房面積等。通過國家基礎地理信息中心（https：//www.webmap.cn/main.do?method=index）下載萬州區(qū)行政邊界和各區(qū)縣邊界的矢量文件。

1.2 研究方法

1.2.1 繪制遙感影像圖 根據2020 年萬州區(qū)土地利用數據，參照GB/T 21010―2017[22]，并結合萬州區(qū)土地利用規(guī)劃（2006-2020 年）對研究區(qū)域的土地利用類型進行劃分。以sentinel-2 精度10 m 的遙感影像圖為基礎，運用ArcGIS 10.2 軟件疊置，繪制萬州區(qū)土地利用現狀圖。

1.2.2 土地資源可持續(xù)利用評價方法

1.2.2.1 評價指標體系構建。根據研究區(qū)域的實際情況，采用“經濟―社會―生態(tài)”模型框架[23，24]，選取4個準則層和19 個指標層因子，構建萬州區(qū)土地資源可持續(xù)利用評價指標體系（表1）。

表1 評價指標體系構建Table 1 Construction of evaluation index system

1.2.2.2 數據標準化。根據指標的正向與負向作用，對匯總的數據進行量化處理。計算公式如下所示：

其中，A+為正向指標量化值；A-為負向指標量化值；Xi為i指標的實際統計值；Yi為i 指標的目標值。

1.2.2.3 確定指標權重及一致性檢驗。采用AHP 方法確定指標權重[25，26]。萬州區(qū)土地可持續(xù)利用評價指標體系由目標層、準則層、指標層構成，對各元素的相對重要性進行判斷，按AHP 方法設計的范圍標度，對生成的判斷矩陣進行賦值。然后對矩陣中的每一列進行歸一化處理，計算準則層、指標層權重，計算公式如下所示：

其中，Bij為準則層指標權重；Cij為矩陣中i 行j列的指標層權重。

計算矩陣的特征向量。對新矩陣各行求和，得到矩陣的特征向量。對特征向量歸一化處理，得到排序權重。計算公式如下所示：

其中，W 為排序權重；Wi為矩陣的特征向量。

計算最大特征根，公式如下所示：

其中，λmax為矩陣最大特征根；n 為矩陣階數。

最后進行一致性檢驗。計算公式如下所示：

其中，λmax為矩陣最大特征根；n 為矩陣階數；CI為一致性指標。

其中，CR 為一致性比率；RI 為平均隨機一致性，當CR＜0.1 時，評價滿足一致性要求。

1.3 綜合指數法及評價等級確定

1.3.1 綜合指標法。綜合指數法就是通過消除量綱的影響，不同的指標都從不同的側面反映土地資源可持續(xù)利用的狀況，因此可通過多目標加權求和計算綜合評價指數[27]，計算公式如下所示：

式中，ESI 為綜合評價指數；fi為第i 個指標的分值；ai為第i 個評價指標的權重。

1.3.2 評價的等級確定。土地資源可持續(xù)利用的等級標準可用來衡量土地資源可持續(xù)發(fā)展水平。根據文獻[28]，將土地利用劃分為4 個等級（表2）。

表2 土地可持續(xù)利用等級評價標準Table 2 Evaluation standard for sustainable land use levle

1.4 單指標多角度評價

根據指標的重要性，構建土地資源可持續(xù)利用評價指標矩陣，采用最大特征根進行一致性檢驗。然后按照要素的相對重要性進行層次總排序，同樣進行一致性檢驗，得到評價體系的最終權重值（表3）。

表3 萬州區(qū)土地資源可持續(xù)利用評價指標權重Table 3 Weights of evaluation indicators for sustainable utilization of land resources in Wanzhou District

2 結果與分析

2.1 研究區(qū)域概況

2.1.1 研究區(qū)概括 重慶市萬州區(qū)位于長江中上游，地處三峽庫區(qū)的核心地段，轄52 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，區(qū)域面積3 456 km2，地貌類型復雜，多山川丘陵，地形起伏較大（圖1）；境內河流大多呈枝狀分布，地表水以河流、湖泊為主，水量補給主要依靠大氣降水。地表植被被破壞，水土流失嚴重。全區(qū)山多地少，石灰?guī)r廣泛分布，加劇了土地的脆弱程度[22]。

圖1 萬州區(qū)地形Fig.1 Landform of Wanzhou District

2.1.2 萬州區(qū)土地資源利用現狀分析 萬州區(qū)土地面積3 456 km2，林地面積1 600.80 km2，耕地面積1 080.18 km2，占比分別為46.31%和31.25%，林地面積最大，耕地面積次之，森林覆蓋率較高。該地區(qū)以農業(yè)產業(yè)為主（表4）。結合萬州區(qū)2020 年土地利用現狀遙感影像圖（圖2），結合相關數據發(fā)現萬州區(qū)土地資源利用存在以下4 個問題：

圖2 2020 年萬州區(qū)土地利用現狀遙感影像圖Fig.2 Remote sensing image map of land use status in Wanzhou District in 2020

表4 2020 年萬州區(qū)土地利用現狀Table 4 Land use status of Wanzhou District in 2020

2.1.2.1 耕地存在撂荒現象。2020 年萬州區(qū)的糧食播種面積為10 萬hm2，比2019 年下降了0.7%，農村勞動力轉到到非農市場，是造成耕地撂荒的主要原因。

2.1.2.2 水土流失有所好轉。2020 年萬州區(qū)土壤輕度侵蝕面積867.43 km2，中度侵蝕面積257.95 km2，強烈侵蝕面積251.32 km2，極強烈侵蝕面積35.46 km2，水土流失面積共計1 413.94 km2，占區(qū)域總面積的40.95%。水土流失面積大，水土流失嚴重，表土層土壤流失，導致生態(tài)脆弱程度加劇。

2.1.2.3 土地集約利用程度較低。宅基地分布分散，進一步加劇了土地碎片化，是影響土地資源可持續(xù)利用的主要因素。

2.1.2.4 水體污染嚴重。境內有長江橫貫，小支流和坑塘眾多，坑塘水面水生浮游生物覆蓋率較高，水體富營養(yǎng)化和污染較嚴重。

2.2 萬州區(qū)土地可持續(xù)利用評價結果

綜合指數法評價結果（表5）顯示，土地資源可持續(xù)利用綜合指數為0.603 2，處于基本可持續(xù)的階段。土地資源穩(wěn)定性和生態(tài)環(huán)境保護性都處于弱可持續(xù)階段。因此，萬州區(qū)土地資源處于弱可持續(xù)階段。

表5 2020 年萬州區(qū)土地資源可持續(xù)利用評價結果Table 5 Evaluation results of sustainable utilization of land resources in Wanzhou District in 2020

3 主要結論與建議

基于4 個準則層和19 個指標層因子評價指標體系，采用綜合指數、單指標多因素相結合的方法，對三峽庫區(qū)重慶市萬州區(qū)的土地資源可持續(xù)利用進行評價，結果顯示，該地區(qū)土地資源可持續(xù)利用綜合指數0.603 2，處于基本可持續(xù)的階段；而土地資源穩(wěn)定性和生態(tài)環(huán)境保護性都處于弱可持續(xù)階段。因此，萬州區(qū)土地資源處于弱可持續(xù)階段。提出增加綠化防治水土流失、提高有效灌溉率、整合土地以提高土地利用率的對策建議。